水力发电学报
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2022年 41卷 7期
刊出日期：2022-07-25
1
水利施工事故文本智能分析的BERT-BiLSTM混合模型
刘婷, 张社荣, 王超, 李志竑, 关炜, 王枭华
DOI: 10.11660/slfdxb.20220701
水利工程施工往往具有施工环境复杂、施工难度大的特点，施工事故频发。事故报告作为事故分析的文件，通常包含了事故发生的总结和原因，可以作为预防事故发生的依据。然而，目前水利领域的事故分析多依赖于现场管理人员的手工分析，不仅容易出错，而且耗时耗力。此外，现有的模型无法直接对水利事故文本进行高精度的分析和预测。因此，本文提出了一种结合变压器双向编码表示（BERT）和双向长短时记忆模型（BiLSTM）的混合深度学习模型深入分析水利工程施工事故原因。混合模型的上游采用BERT模型生成事故文本的字符级动态特征向量，模型下游基于改进的BiLSTM模型挖掘事故报告文本的语义特征，实现事故报告文本智能分析。最后，通过将本文提出的模型和目前先进的七种深度学习模型进行实验对比，对所提出的混合模型的有效性进行验证。结果表明，本文提出的混合模型优于其他几种深度学习算法，该模型可为水利施工事故的分析与决策提供算法支撑和依据。
2022 Vol. 41 (7): 1-12 [
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13
工程项目经理关键能力识别模型研究
郑俊萍, 强茂山
DOI: 10.11660/slfdxb.20220702
项目经理对实现项目成功和组织战略具有基础性作用。随着工程项目规模和复杂性的日益增长，组织对优秀项目经理的需求越来越大。本文旨在构建模型，识别工程项目经理待改进的关键能力要素，支持工程项目经理个人发展与组织人力资源管理实践。基于已有文献能力指标体系，通过问卷调研方法获取各指标的重要性及个人水平现状数据。采用重要性-绩效分析（IPA）方法识别急需改进的要素，进一步计算要素优先级指标，据此确定改进各要素的优先顺序。案例分析说明本文建立的模型可以有效应用于工程项目经理能力要素的识别和排序，便于实践应用。工程项目管理从业人员可以应用本模型锁定有待改进的关键能力要素，形成能力建设策略；研究人员可以借鉴本文对IPA方法的修正，应用于其他类似研究。
2022 Vol. 41 (7): 13-19 [
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20
PPP模式下重大水利工程项目顶层治理结构优化
王卓甫, 梅浴蕾, 丁继勇, 乔然
DOI: 10.11660/slfdxb.20220703
进入新世纪，我国已建或在建一批重大水利工程，这些工程大部分具有公益性或准经营性特点，并采用PPP模式和“政府主导＋市场机制”的治理框架。本文选择了有代表性的3个已建成运营或正在建设的采用PPP模式的重大水利工程项目并对其顶层治理结构进行分析，发现一定条件下可仅针对单项工程应用PPP模式，而并不一定面向整个工程；此外，投资企业也不一定负责工程实施，可由政府组建的项目法人承担。通过案例分析发现，PPP模式的应用与项目法人组建各有多种方式，且两者并不独立，有必要将它们组合分析，然后从中优选满意的项目顶层治理结构。在分析重大水利工程典型项目顶层治理结构的基础上，提出其可行方案的构建方法，并用熵权–VIKOR法寻求优化/满意的方案。
2022 Vol. 41 (7): 20-29 [
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30
两河口堆石料侧限压缩和蠕变的耦合影响研究
黄文超, 张贵科, 邓刚, 张延亿, 张茵琪, 陈辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220704
采用两河口特高砾石土心墙堆石坝的坝壳风干板岩堆石料，开展了大型侧限压缩和蠕变试验。考察了恒定应力速率加载-蠕变、恒定应力速率加载-卸载-再加载后蠕变中的堆石料体积变形发展过程，以研究加载和蠕变的相互影响。除前期存在卸载或低速加载后的蠕变外，各方案蠕变体积变形随时间发展均大致遵循相似的归一化过程，且应力越高，蠕变变形量值越大；蠕变速率随时间增长而下降，且与时间在双对数坐标系中呈良好线性关系；蠕变速率起始值与应力正相关，但随时间的衰减速度与应力无关，也与之前的加载、蠕变历史没有关系。当前期存在卸载或低速加载时，后继蠕变量值明显大幅减小，且蠕变初期存在蠕变速率随时间逐步增大或随时间维持不变的现象。蠕变后再加载过程类似卸载后再加载过程，侧限压缩模量初期数值明显高于正常加载模量，随着再加载应力增大，模量快速减小并接近正常加载模量。蠕变后继加载过程中后期受之前的蠕变次数、时间影响较小。
2022 Vol. 41 (7): 30-37 [
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松铺覆盖下心墙相变土防冻控温性能试验研究
刘东海, 郑涵, 杨家琦
DOI: 10.11660/slfdxb.20220705
高黏土心墙堆石坝在负温条件下施工，心墙土料会因短时冻结或冻融而引起压实性能降低，诱发冻胀、融沉、开裂等结构病害，造成强度损失和防渗性能的劣化。常规覆盖保温措施对心墙施工干扰严重，难以实现负温下连续施工，易使工期延长。本文采用黏土中掺入相变材料（phase change material，PCM）作为心墙土料，考虑上层松铺土料覆盖，深入研究下层压实相变黏土料的防冻控温效果。首先通过热学试验，分析了PCM掺量对热学参数的影响机制，并验证了导热系数均质化等效模型的有效性。然后通过控温试验，分析了松铺相变黏土的传热及保温效果。在48 h典型环境温度下，松铺覆盖下4%和8% PCM掺量的相变黏土可施工时间分别延长了22.6 h和24.9 h，在4% PCM掺量下能够达到45.8 h的连续有效施工时长，在8% PCM掺量下可保证连续两天正温下施工。可见，相变材料掺混和上层松铺覆盖结合的防冻控温措施为延长心墙土料冬季施工时间、加快施工进度提供了理论依据和潜在技术途径。
2022 Vol. 41 (7): 38-46 [
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高心墙堆石坝大场景视频监控网络覆盖NCHHO优化
康栋, 张君, 王佳俊, 王晓玲, 赵豪, 曾拓程, 瞿晓峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20220706
覆盖率和成本是衡量高心墙堆石坝视频监控网络部署优劣的重要指标。然而，现有研究缺乏对建设成本的综合考虑，且常用的视频监控网络覆盖优化求解方法存在收敛速度慢、易陷入局部最优等不足。针对上述问题，本文提出一种高心墙堆石坝大场景视频监控网络覆盖改进哈里斯鹰优化模型——非线性混沌哈里斯鹰优化（nonlinear chaotic Harris hawks optimization, NCHHO）模型。首先，提出表征视频网络部署成本的单位摄像头重复采样率指标，并基于集合覆盖理论构建以覆盖率和单位摄像头重复采样率最大为目标的视频监控网络覆盖优化模型。其次，利用混沌序列和非线性能量更新策略改进哈里斯鹰算法的种群初始化和搜索过程，提高算法的收敛速度、避免陷入早熟，并利用其求解视频监控网络覆盖优化模型。实例验证了改进哈里斯鹰算法在视频监控网络部署优化中的有效性和优越性，本研究得到的优化方案覆盖率和重复采样点比例分别为99.98%和60.3%，相比经验方案提高了13.8%和23.2%，显著优化了视频监控效果。
2022 Vol. 41 (7): 47-60 [
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水下振动台水体振动特性试验研究
郑人逢, 牛志伟, 韩威, 李浩然
DOI: 10.11660/slfdxb.20220707
水下振动台丰富和拓展了振动台在工程结构抗震研究领域应用场景，但由于其局部振动、防水布扰动等因素，振动水体会发生畸变或失真，造成试验偏差。本文通过试验方法，共设计252个工况，分别考虑不同激励幅值、方向、频率、水深，研究台面范围及台面中心至水池边界水体振动特性。试验结果表明：防水装置对水体扰动影响主要体现在水平方向；垂直向正弦波激励时，低频（≤ 1 Hz）区间，水体振动呈“倒扣铁锅”形状，随频率增加（≥ 3 Hz），呈多波峰特性，频率越高波峰数越多，众多波峰随着激励幅值的增大会逐渐进行叠加放大，当超过阈值时，会产生坍塌现象；随水深增加，水体振动波峰存在下降趋势。试验研究为水下振动台设计及模型试验结果的可靠性评价等提供参考。
2022 Vol. 41 (7): 61-71 [
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基于时间注意力机制的大坝动态变形预测模型
苏燕, 付家源, 林川, 陈泽钦, 翁锴亮, 张挺
DOI: 10.11660/slfdxb.20220708
构建高精度的变形预测模型对于大坝风险评估及防治措施制定具有极其重要的意义。传统的大坝变形预测模型鲜有针对大坝的变形滞后性特点以及变形特征因子的影响性分析与评估，这会对模型的预测精度造成较大的影响，并导致模型缺乏可解释性。针对上述问题，本文提出一种结合时间注意力机制的门控循环单元神经网络（GRU）架构。首先通过卡尔曼滤波（Kalman Filter）对原始大坝变形数据中由于监测器异常导致的随机噪声与异常值进行处理。其次，利用随机森林（RF）对各变形特征因子的重要性进行分析和评估，筛选模型输入的特征因子。最后，针对大坝变形的滞后性，利用时间注意力机制进一步提高GRU模型对时间维度上的动态特征关注度，增强模型对时间维度信息的自适应学习能力，且对时间注意力进行可视化进一步提高了大坝变形预测模型在隐藏状态阶段上的可解释性。通过工程实例研究结果表明，卡尔曼滤波在大坝变形监测中确实存在一定适用性，同时本文所提出的耦合时间注意力机制的变形预测模型有着较高的预测精度，对于预测过程中的隐藏状态层级有较强的解释性，并揭示了温度与水位因素对大坝变形的长期影响，为大坝变形安全监测提供了一种新的有效方法。
2022 Vol. 41 (7): 72-84 [
摘要
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85
基于群论的三峡电厂机组负荷分配算法研究
徐刚, 阮全胜, 汤正阳, 任玉峰, 徐杨, 姜平安
DOI: 10.11660/slfdxb.20220709
水电站厂内经济运行是一项提高水能利用效率的节能措施。厂内机组负荷分配以耗流量最小为准则，一般用动态规划方法求解。三峡电厂机组数目较多，承担负荷较大，采用动态规划求解易出现维数灾问题。本文提出基于群论的机组组合降维方法，将三峡电厂机组按运行特性分组，基于Burnside计数定理计算本质不同机组运行状态组合数及相应运行状态组合，降维后再采用动态规划法进行时间-空间优化求解。将该模型算法应用于三峡电厂厂内经济运行，结果表明，该方法能够有效降低计算量，快速响应水电系统运行工况。
2022 Vol. 41 (7): 85-94 [
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基于Vine Copula的短期径流预报不确定性分析
刘源, 纪昌明, 张验科, 王弋, 蒋志强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220710
定量分析短期径流预报序列的不确定性特征，对于提高水库短期运行计划的可靠性具有重要意义。针对常用多元椭圆Copula或阿基米德Copula难以有效刻画短期径流预报不确定性特征的问题，本文引入了Vine Copula对不同径流量级及不同预见期下预报不确定性进行定量评估，进而分析了先验信息对于后续时段预报不确定性的影响。以雅砻江流域锦西水库为例进行验证，结果表明：相较于传统多元Copula函数，Vine Copula构建的相对预报误差联合分布均能通过假设检验且拟合效果最好，模拟结果的统计量与实测数据相差较小；通过利用调度期内已经发生的相对预报误差信息，可以有效减小后续时段相对预报误差期望值及90%置信水平分位距，降低预报的不确定性。
2022 Vol. 41 (7): 95-105 [
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面向新型电力系统的水电发展战略研究
周建平, 杜效鹄, 周兴波
DOI: 10.11660/slfdxb.20220711
践行双碳战略，能源是主战场，电力是主力军，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳中和的必由之路。在分析碳中和背景下电力行业减排目标、电力结构及其占比的基础上，针对构建新型电力系统面临的问题与挑战，提出加快常规水电和抽水蓄能电站建设是新型电力系统可靠性和长周期调节能力的重要基础。结合我国能源资源禀赋和开发利用现状，提出强化水电与新能源协同发展战略思路，依托流域梯级水电建设更大规模清洁能源基地，并加快抽水蓄能电站和储能工厂建设的发展路径，重新定义了水电在新型电力系统中既提供基础电量又发挥容量功能的新定位，进而提出促进清洁能源大基地和储能工厂建设的政策建议。研究成果可为清洁能源基地规划设计和相关政策文件的编制与修订提供一定参考。
2022 Vol. 41 (7): 106-115 [
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116
基于洞庭湖水沙模型的荆南三河冲淤变化研究
魏强强, 丛振涛, 朱德军, 刘晓群
DOI: 10.11660/slfdxb.20220712
荆南三河起于荆江河段，水沙情势受上游来水来沙条件影响较大，荆南三河冲淤变化研究有助于认识洞庭湖地区防洪形势和江湖关系的演变。本文构建了洞庭湖水沙数值模型，计算了三峡工程运行后荆南三河各河段的冲淤变化，并结合实测冲淤数据探究了影响荆南三河冲淤的因素。计算结果表明，三峡工程运行后荆南三河河道发生普遍冲刷，冲刷趋势短期内不会变化，但冲刷强度逐渐下降。三峡工程运行后，荆南三河口门分流量、分流比和分沙比均无明显趋势性变化，分沙量大幅度减小，清水下泄改变了荆南三河冲淤状态。此外，采砂对荆南三河冲淤也有重要影响。
2022 Vol. 41 (7): 116-128 [
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进/出水口出流扩散脉动流速规律试验研究
朱洪涛, 高学平, 刘殷竹
DOI: 10.11660/slfdxb.20220713
侧式进出水口出流工况水流呈现扩散态，拦污栅断面脉动流速很大，可能危及拦污栅安全，其脉动流速变化规律及产生原因有待进一步探讨。本文建立了典型进出水口试验装置，利用激光多普勒流速仪与声学多普勒流速仪开展试验研究。结果表明：在靠近扩散水流末端的拦污栅断面脉动流速很大，流速脉动值可达时均值的1.8倍，平均紊动强度为0.724，该断面流速脉动呈现出明显的正态性，其概率密度分布基本服从正态分布；水流自输水隧洞段经扩散段、调整段、防涡段、向库区流动的过程中，紊动强度沿程呈现先增大后减小的变化规律，水流在输水隧洞段脉动流速小，在扩散段及调整段内脉动流速沿程均较大，脉动流速值接近时均值，甚至大于时均值，进一步解释了拦污栅断面脉动流速很大的原因。拦污栅断面及进出水口沿程的脉动流速规律有别于对脉动流速的一般认知规律。研究成果将为进出水口体型参数优化及分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。
2022 Vol. 41 (7): 129-139 [
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甩负荷过程水泵水轮机流激振动数值模拟研究
唐茂嘉, 泰荣, 程永光, 刘珂
DOI: 10.11660/slfdxb.20220714
抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈，有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性，对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况（时刻）进行CFD-FEM数值模拟，分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明：转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素，最大转速工况最危险，转轮内压力脉动最剧烈，叶片动应力值和振幅均大于其他工况；压力脉动导致转轮动应力波动，两者频谱特征一致；转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处，过渡过程中最大值均超过材料许用应力；水力激励力频率与转轮固有频率相差较大，转轮在计算工况发生共振的可能性较小。
2022 Vol. 41 (7): 140-148 [
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